反循环泥浆简介

反循环钻进法在大口径（一般大于 Φ 600 ）钻孔灌注桩中应用广泛，特别是泵吸反循环以功率消耗最小和方便实现得到广大工程界的青睐。它与正循环工法相比体现出来的优越性正在于泥浆的问题上：

（ 1 ）在大口径钻孔桩的施工中，由于存在较大的环状空间，如果采用正循环就要求有较强的浮碴能力。浮碴能力与泥浆流速和泥浆浓度有直接关系，大口径正循环中泵量一定的情况下提高流速是不现实的，只有靠提高泥浆浓度、比重等指标来增强浮碴能力，而这些指标的提高，钻速就会下降，泥皮会增厚，在浇灌混凝土时，这层泥皮是不会去掉的，因此在混凝土桩与原始结构的孔壁间就加了一层如润滑剂一样的滑动层。另外，成孔后要花比较长的时间清孔，由于泥浆的浓度大，孔底是很难清理干净的，这将造成桩的承载力下降。而反循环浮碴能力依赖于钻杆内腔大的泥浆流速，大的沉碴和岩屑会从钻杆内腔返回地表，避免了重复破碎，时效大大提高，而且增加了钻头的寿命，这正是反循环的优势。

（ 2 ）反循环护壁效果好，泥皮薄。在一般地质条件下，只用清水护壁，自然造浆，只有在地层极不稳定时，才用优质泥浆，但比重一般不超过 1.05 ～ 1.07 。正循环需要很大的泵压力才能推动泥浆返流，同时泥浆在大的压力下失水造壁，泥皮增厚。另外，正循环需要的泥浆浓度大，钻具起下钻的抽吸作用大，也不利于保护孔壁。相反，反循环的泥皮薄，清孔容易，桩的承载力提高。泥浆与基本工法对应的基本指标如表 10-2 所示。

泥浆一定要注意以下几点

（ 1 ）保持一定的水头高度。特别是地下水位较高时，护筒内水头高度保持 2m 以上来保护孔壁的稳定性。

（ 2 ）一般采用清水护壁，自然造浆，只有在地层极不稳定时，才采用泥浆护壁， 设计泥浆时，要以最容易发生坍塌的土层为对象。 推荐采用如表 10-3 所示泥浆。

（ 3 ）使地层稳定的泥浆，最经济的是膨润土 增粘剂（一般为 CMC ），膨润土粒子可充填孔壁间隙， CMC 是一种纤维素，起胶体保护和隔水作用。推荐如表 10-4 所示。

（ 4 ）泥浆池的容积一般为单桩桩孔容积的 1 ～ 1.2 倍，以用砖块砌筑为好，沉淀池的容积一般为 6 ～ 20m 3 ，其数量依场地大小设置 2 ～ 3 个，以轮换使用。

基础工程施工中，大口径钻孔桩通常用泥浆作为排碴循环液和稳定液，深基础中的槽壁式地下连续墙在施工时使用钻掘机械形成深度较大、开挖长度较大的槽，槽壁的稳定也要通过泥浆对墙壁施加液压力来支承开挖。泥浆具有一定重度，对钻挖形成的新鲜面产生一定静液柱压力，可抵抗作用在孔、槽壁上的侧土压力和水压力，相当于一种液体支撑，可防止孔、槽壁坍塌和剥落，所以，在某种程度上泥浆主要起着稳定孔壁的作用，更多时候泥浆被称为稳定液。随着对地下施工的要求越来越高，较大断面的孔、槽施工也逐年增多，较大断面孔、槽的稳定问题引起了工程人员的重视，岩土稳定液技术正是适应市场需求而形成的一种技术。2100433B

它与正循环工法相比体现出来的优越性正在于泥浆的问题上： （ 1 ）在大口径钻孔桩的施工中，由于存在较大的环状空间，如果采用正循环就要求有较强的浮碴能力。浮碴能力与泥浆流速和泥浆浓度有直接关系，大口径正循环中泵量一定的情况下提高流速是不现实的，只有靠提高泥浆浓度、比重等指标来增强浮碴能力，而这些指标的提高，钻速就会下降，泥皮会增厚，在浇灌混凝土时，这层泥皮是不会去掉的，因此在混凝土桩与原始结构的孔壁间就加了一层如润滑剂一样的滑动层。另外，成孔后要花比较长的时间清孔，由于泥浆的浓度大，孔底是很难清理干净的，这将造成桩的承载力下降。而反循环浮碴能力依赖于钻杆内腔大的泥浆流速，大的沉碴和岩屑会从钻杆内腔返回地表，避免了重复破碎，时效大大提高，而且增加了钻头的寿命，这正是反循环的优势。

（ 2 ）反循环护壁效果好，泥皮薄。在一般地质条件下，只用清水护壁，自然造浆，只有在地层极不稳定时，才用优质泥浆，但比重一般不超过 1.05 ～ 1.07 。正循环需要很大的泵压力才能推动泥浆返流，同时泥浆在大的压力下失水造壁，泥皮增厚。另外，正循环需要的泥浆浓度大，钻具起下钻的抽吸作用大，也不利于保护孔壁。相反，反循环的泥皮薄，清孔容易，桩的承载力提高。泥浆与基本工法对应的基本指标如表 10-2 所示。

泵吸反循环施工中泥浆一定要注意以下几点：

（ 1 ）保持一定的水头高度。特别是地下水位较高时，护筒内水头高度保持 2m 以上来保护孔壁的稳定性。

（ 2 ）一般采用清水护壁，自然造浆，只有在地层极不稳定时，才采用泥浆护壁， 设计泥浆时，要以最容易发生坍塌的土层为对象。 推荐采用如表 10-3 所示泥浆。

（ 3 ）使地层稳定的泥浆，最经济的是膨润土 增粘剂（一般为 CMC ），膨润土粒子可充填孔壁间隙， CMC 是一种纤维素，起胶体保护和隔水作用。推荐如表 10-4 所示。

（ 4 ）泥浆池的容积一般为单桩桩孔容积的 1 ～ 1.2 倍，以用砖块砌筑为好，沉淀池的容积一般为 6 ～ 20m 3 ，其数量依场地大小设置 2 ～ 3 个，以轮换使用。2100433B

钻井机（drill）泥浆或水从钻杆进入，从井口流出，为正循环钻井机。泥浆或水从钻杆吸出，从井口流入，为反循环钻井机。正反循环是指钻井液（泥浆或水）在钻井机中的循环方式说的，钻井机钻头在钻进的时候会产生渣土、渣石等，通过正反循环可以由泥浆这些渣子带到地面，再经过沉淀池沉淀以后泥浆再回到钻孔，这样不停的循环，最后成孔。反循环可以带出直径较大的渣。我们的专利产品为潜水反循环深井钻井机。

反循环钻探泵吸反循环钻探

利用砂石泵（离心泵的一种）的抽吸作用，在钻杆内形成负压，在大气压力作用下，循环液从泥浆池流入井口，经循环间隙流向井底，与井底破碎的岩粉混合在一起，被吸入钻杆内腔，上升至地面，经排出管、砂石泵进入沉淀池，沉淀后的循环液继续进入井内，形成反循环钻进。

泵吸反循环钻进之前，井内水位以上的钻杆内没有循环液，因此在启动砂石泵之前，必须设法使井内水位以上的钻杆、管内充满循环液。一种方法是在上部管内安装一真空泵，使砂石泵吸水口至井内水位以上的钻杆、管路内产生负压，从而使钻杆内的水位提高，最后使循环液充满整个砂石泵的吸水管路。另一种方法是安装一台注水泵（离心泵），向砂石泵吸水管路注水，吸水管路充满循环液后再启动砂石泵。泵吸反循环钻进所用循环液一般为清水，在易坍塌地层亦可用泥浆。为防止井壁坍塌，井内液面要高于地下静水位2m。泵吸反循环所用的砂石泵，其流量为240~500m³/h,有效吸水压力为6x10⁴~7x10⁴Pa。

泵吸反循环钻进效率随孔深的增加而下降，在井深50m以内，效率较高，称高效工作区段。当井深超过70m后，虽也能工作，但效率已很低，因此50~70m称为经济工作区段。

泵吸反循环钻进中，一个重要的问题是选择和确定钻杆内循环液的上升速度。影响循环液上升速度的因素主要由以下几点：循环液中岩屑的含量，一般推荐循环液中岩屑含量不超过8%~10%；钻杆内壁表面应光滑、平整，不应有收缩、台阶等情况，避免循环液流动过程过大的摩擦损失和涡流损失；井壁与钻杆之间的环状间隙的循环液下降流速不能过大，以防止循环液冲垮井壁，推荐循环液下降流速为0.01~0.03m/s。钻杆内腔断面与井孔断面之比推荐1/100。

反循环钻探气举反循环钻探

气举反循环的工作原理是将压缩空气通过供气管路送至井下的气水混合室，并使压缩空气与钻杆内的循环液混合，从而形成密度比钻杆外液体密度小的混合液柱。混合液在管内外压差的作用下，沿钻杆内腔上升经排渣管排至沉淀池，经沉淀后的循环液以自流方式连续不断地流入井内环状间隙，形成反循环。

当系统达到平衡时，可用如下公式：

（L_w H）γ_h=hγ_x L_wγ_xy

其中

H--混合室下入井内的深度；

h--混合室至排渣管中心的高度；

L_w--尾管长度；

γ_h--冲洗液重度；

γ_x---双壁钻杆内腔固、气、水三相平均重度；

γ_xy--尾管内固、液两相平均重度。

若不考虑各种阻力、惯性力，要使整个系统循环运动，则必须是：

（L_w H）γ_{h >}hγ_x L_wγ_xy。